原文作者：刘娜

　　摘要：本文重点介绍了基于pc机和msp430单片机串行通信的具体实现过程。硬件部分解决了通信电平不一致的问题，软件部分给出了pc机和单片机的通信程序，解决了通信过程中数据传输的格式问题。实验结果表明，该方案操作性强，能成功运用于电机的监控系统。
　　关键词：无刷直流电机 vc++ msp430 串行通信
　　1、引言
　　[1]无刷直流电机调速性能好，利用单片机msp430专门的pwm功能、丰富的i/o口、快速运算等优点，实现对无刷直流电机的逻辑控制，由于作为下位机的人机交互性不强，难以对电机运行时的关键信息有效处理，本文通过编写vc++上位机程序，采用pc机和单片机串行通信的主从式结构，实现了对电机的监控。
　　2、电机原理及系统硬件组成
　　2.1 无刷直流电机运行原理
　　无刷直流电机的电力电子开关代替有刷电机的换向片，减少了机械磨损及因换向产生的一些危险，系统由电动机本体、位置检测器、逆变器和控制器组成[2]。
　　电机本体同轴上的位置传感器，根据转子的不同位置，发出逻辑信号，根据实验所得的逻辑表，控制输出回路发出的信号，经mosfet驱动放大，控制电机电枢电流的导通，以实现“换向”。
　　2.2 下位机控制系统硬件构成
　　下位机以msp430系列的f2274单片机为控制核心，通过检测电机转子信号，单片机i/o口发出相应逻辑信号，与控制转速的pwm信号相“与”，经信号隔离，到电机专用驱动芯片ir2130中，继而导通桥式电路，实现mosfet的导通。
　　同时， msp430单片机的捕获比较模块，捕获三相传感器信号输入的时间，本文试验采用的无刷直流电机为一个机械周期（20个电周期），通过计算得到电机的转速公式为[3]：
　　；
　　表示检测到第一次位置信号时的时钟数，表示检测到第二次位置信号时的时钟数，为定时器的时钟主频，*3则表示转过一个电周期所用的时间。通过串行通信，可将转速、电压、电流这些参数传至上位机。
　　2.3 串行通信的硬件实现
　　本文采用异步通信模式[4]，设定好波特率及数据位和停止位的个数；将pc机的rxd脚与下位机的txd相连，并共地；利用max232芯片实现电压转换，即通过串口线连到pc机上，加上5个1的电容把rs232电平转化为标准ttl电平，再用两个电阻分压，以达到msp430单片机的电压标准。
　　3、串行通信软件设计
　　3.1 上位机串行通信设计
　　[5]本文上位机通信模块采用mfc的编程方式，界面如图1所示。加入mscomm控件，自动生成cmscomm的类，访问其内部函数，可对pc机串行通信进行控制。
　　在上位机进行通信之前，在mscomm中，设置通信参数，程序在界面上采用可视化的串口设置方式，提高了软件的通用性和移植性。[论文网]
　　setting=m_botelv+"，"；
　　if （m_testbit == "none"）
　　parity = "n"；
　　else if （m_testbit == "odd"）
　　parity = "o"；
　　else if （m_testbit == "even"）
　　parity = "e"；
　　else if （m_testbit == "mark"）
　　parity = "m"；
　　else if （m_testbit == "space"）
　　parity = "s"；
　　setting += parity + "，"；
　　setting += m_sbitbit + "，"；
　　setting += m_stopbit；
　　if （m_comkou == "com1"）
　　m_com.setcommport（1）；
　　else if （m_comkou == "com2"）
　　m_com.setcommport（2）；
　　m_com.setsettings（setting）；
　　m_com.setinputmode（1）； //1：表示以二进制方式检取数据
　　m_com.setrthreshold（1）； //为1表示有一个字符引发一个事件
　　m_com.setsthreshold（1）； //参数1表示每当串口接收缓冲区中有
　　//多于或等于1个字符时将引发一个接收数据的oncomm事件
　　m_com.setinputlen（0）； //设置当前接收区数据长度为0
　　在查询到commevent的值等于2时，表明接收缓存里有了数据。数据是variant型的，首先转化为colesafearray形式，然后再将数组元素分离转化为byte型数组，最后再将byte里的字符转化为数字。当上位机按下按钮发送数据时，也应通过函数colevariant（）进行强制类型转换，以varint的形式传送出去。
　　当下位机将电机转速的数据上传后，本软件加入了图形显示和数据存储功能。在绘图子对话框中，首先通过getparent函数调用父对话框指针，将父对话框中的数值传进子对话框，然后通过定时器，以一定频率绘制网格线并将传进来的数据点在图上显示。再次更新时，则重新绘制新曲线，覆盖原有图形，并将新点和旧点以直线相连，从而实现图2所示的速度曲线。
　　在数据传到子对话框时，基于vc++的操作，本文采取二进制格式存储数据。首先定义一个fstream的类对象，该类支持从本流类所对应的磁盘文件中读入和写入数据的双向操作。当主对话框设置为“采集数据”时，对定义的二进制文件进行“写”操作；当设置“显示数据”时，则不断调用二进制文件里的数据，并传递给图像控件，显示存储的数据。关键代码如下：
　　fstream iobin（"ob.bin"，ios：：binary|ios：：out |ios：：in）；//定义类对象，ob为目标数据文件

　…
　　if（（（cquxian1dlg*）getparent（））->showmode==0）//0表示采集1表示显示已有数据
　　{
　　data=（（cquxian1dlg*）getparent（））->data；//取得父对话框的速度数据
　　iobin.write（（char*）（&data），sizeof（data））；//写人二进制文件
　　}
　　else
　　iobin.read（（char*）（&data），sizeof（data））；//显示已有数据
　　…
　　iobin.close（）；//关闭二进制文件
　　3.2 下位机串行通信设计
　　

在下位机控制系统中，采用msp430系列单片机，其内置的usci模块通过ucaxrxd和ucaxtxd两个外部引脚连到单片机外部，实现串行通信[5]。
　　首先设定好系统时钟，并进行ucaxrxd和ucaxtxd的引脚设置。然后通过uca0ctl1选择串行通信模块的时钟源，并通过uca0br0、uca0br1分频，从而得到需要的波特率。串行模块中的控制字ucmsb控制发送和接受移位寄存器从高位还是低位开始接受，应设置为低位，否则会出现数据错误。参数设置如下：
　　uca0ctl1 |= ucssel_2； // smclk
　　uca0br0 = 104； // 1mhz 9600
　　uca0br1 = 0； // 1mhz 9600
　　uca0mctl = ucbrs0； // modulation ucbrsx = 1
　　uca0ctl1 &= ～ucswrst；
　　数据的发送和接收是通过中断函数进行的。首先开接收中断，对接收到的数据进行判断，并根据相应指令对电机的启动/停止和速度进行控制，当接收到启动命令后，再开发送中断，将每次计算得到的转速数据传到发送缓存中进行上传，程序流程如图3所示。
　　3.3 通信数据的格式转化
　　单片机的接收和发送缓存是8位，本系统传输的数据是float型，在传输前需进行数据转换。首先，限定传输的数据为0.0001～9999，取4位有效数字；然后将数据扩大10的“倍数”，转化为整数；再将整数分为高二位和低二位，分别赋到数组的前两位元素中，第三位元素赋以“倍数”；第四位元素赋以标识位，使每个目标数有唯一的标识符，方便传输。
　　4、结语
　　本文以msp430单片机为核心，通过编制上位机可视化程序，采取主从式控制结构，使得无刷直流电机的控制和可观性得到了明显的改善，实验结果表明，该方案能成功用于电机的监控系统。
　　参考文献
　　[1]孙建忠，白凤仙.特种电机及其控制[m].北京：中国水利水电出版社，2010.87-105.
　　[2]李先详，斯燕跃.无刷直流电机的单片机监控系统的研制[j].电气传动自动化，2002（3）：3-5.
　　[3]王宏华.新型交流电动机及控制技术系列讲座（3）永磁无刷电动机[j].机械制造与自动化，2004（3）：105-109.
　　[4]徐洋.基于msp430单片机的无刷直流电机实验测试平台设计[j].电气技术与自动化，2010（4）：168-171.
　　[5]张筠，刘书智.visual c+ +实践与提高—串口通信与工程应用篇[m].北京：中国铁道出版社，2006：179-182.